(57)【要約】【課題】磁極判定精度を回転子位置推定誤差を低減しつつ磁気騒音や振動の低減と電力損失を低減すること。【解決手段】磁極判定用高周波電流制御部２０９は、所定極性の磁極位置における高周波電流の最大振幅値と、反対極性の磁極位置における高周波電流の最大振幅値との差を演算し、この差が好適範囲となるように高周波電圧の振幅を調整する。これにより、磁極判定精度を確保しつつ磁気騒音や振動の低減と電力損失を低減することができる。【選択図】図２
2007124835.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
突極性を有する同期機の駆動電圧周波数よりも高い周波数及び一定の振幅を有して静止座標系上を回転する高周波電圧を前記同期機の電機子コイルに重畳する高周波電圧重畳手段と、
前記高周波電圧によって前記電機子コイルに流れる高周波電流を検出する高周波電流検出手段と、
検出した前記高周波電流に基づいて回転子位置を推定する回転子位置推定手段と、
所定極性の磁極位置における前記高周波電流の最大振幅値と、反対極性の磁極位置における前記高周波電流の最大振幅値との比較により磁極位置を判定する磁極判定手段と、
を備え、
前記高周波電圧重畳手段は、
前記所定極性の磁極位置における高周波電流の最大振幅値と、前記反対極性の磁極位置における高周波電流の最大振幅値との差を演算し、前記差が所定しきい値以上となるように前記高周波電圧の振幅を調整することを特徴とする突極性を有する同期機の回転角推定方法。
【請求項２】
請求項１において、
前記高周波電圧重畳手段は、
前記差が、前記所定しきい値より大きい第２の所定しきい値以下となるように前記高周波電圧の振幅を調整することを特徴とする突極性を有する同期機の回転角推定方法。
【請求項３】
請求項１又は２において、
前記高周波電圧重畳手段は、
前記同期機の起動時に所定の調整期間だけ前記調整を行う突極性を有する同期機の回転角推定方法。
【請求項４】
請求項１乃至３のいずれかにおいて、
前記高周波電圧重畳手段は、
前記同期機の運転中に所定期間毎に所定の調整期間だけ前記調整を行う突極性を有する同期機の回転角推定方法。
【請求項５】
請求項４において、
前記所定期間は、前記駆動電圧周波数が高い場合、又は、前記駆動電圧周波数の変化が大きい場合に短縮される突極性を有する同期機の回転角推定方法。
【請求項６】
請求項３又は４において、
前記調整期間は、前記高周波電圧の略２〜１０周期に設定される突極性を有する同期機の回転角推定方法。
【請求項７】
請求項１乃至６のいずれかにおいて、
前記調整期間の開始時の高周波電圧の増加率は、前記調整期間の停止時の高周波電圧の減少率より大きく設定されている突極性を有する同期機の回転角推定方法。
【請求項８】
請求項１乃至７いずれかにおいて、
前記回転子位置推定手段は、
前記所定極性の磁極位置における高周波電流の最大振幅値と、前記反対極性の磁極位置における高周波電流の最大振幅値との差が所定しきい値未満の場合に前記磁極位置判定を中止し、前記最大振幅値の差が前記所定しきい値を超える場合に前記磁極位置判定を許可する突極性を有する同期機の回転角推定方法。
【請求項９】
突極性を有する同期機の駆動電圧周波数よりも高い周波数及び一定の振幅を有して静止座標系上を回転する高周波電圧を前記同期機の電機子コイルに重畳する高周波電圧重畳手段と、
前記高周波電圧によって前記電機子コイルに流れる高周波電流を検出する高周波電流検出手段と、
検出した前記高周波電流に基づいて回転子位置を推定する回転子位置推定手段と、
所定極性の磁極位置における前記高周波電流の最大振幅値と、反対極性の磁極位置における前記高周波電流の最大振幅値との比較により磁極位置を判定する磁極判定手段と、
を備え、
前記同期機の起動開始後の所定の磁極判定期間にのみ、前記高周波電圧重畳手段に前記高周波電圧の重畳を指令し、かつ、前記磁極判定手段に前記磁極位置判定を指令するとともに、前記磁極判定期間の前記高周波電圧の振幅値を、前記磁極判定期間以外の前記高周波電圧の振幅値よりも増加させる磁極判定用高周波電流制御手段を有することを特徴とする同期機の突極性を有する同期機の回転角推定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電機子コイルに高周波電圧を重畳させて磁気突極性を有する同期機の回転子位置を検出する突極性を有する同期機の回転角推定方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
たとえばブラシレスＤＣモータでは回転子位置（磁極位置又は回転角度又はロータ位置又はロータ角度とも呼ばれている）を検出するために、電機子コイルの電流や電圧を用いて回転子位置を推定するセンサレス回転角推定方法が提案されている。
【０００３】
しかし、このセンサレス回転角推定方法において、電機子コイルの電流や電圧を用いる場合にはロータが停止している場合や低速回転している場合において、回転子位置検出精度が低下してしまう。このため、駆動電圧にその周波数（駆動周波数とも言う）より高周波の回転角推定用高周波電圧を重畳させて回転子位置推定を行うことがたとえば下記の特許文献１〜３などに提案されている。以下、この方式を高周波電圧重畳方式と称する。この高周波電圧重畳方式による回転子位置推定では、回転子位置検出を必要とする同期機において回転子位置検出器を省略できるとともに、静止状態や低速回転状態でも回転子位置検出精度を良好に確保することができる。なお、この高周波電圧重畳方式は、電機子コイルに重畳した高周波電圧により電機子コイルに流れる高周波電流が、ロータ回転による突極型同期機の電機子コイルインダクタンスの周期変化により周期変化する現象を利用している。
【０００４】
従来の高周波電圧重畳方式について更に具体的に説明する。
【０００５】
突極型同期機では、電機子コイルのインダクタンスが回転直交座標（ｄｑ軸座標）系上のｄ軸方向にて最小となる。従って、一定振幅で所定周波数にて回転する高周波電圧を電機子コイルに印加すると、その時の静止直交座標（αβ軸座標）系上の高周波電流の軌跡は楕円形状となる。以下、この楕円を電流楕円軌跡とも言う。高周波電流の頂点は、この電流楕円軌跡上を高周波電圧（及び高周波電流）の周波数にて回転する。また、電流楕円軌跡は、駆動周波数で静止直交座標系上を回転する。電流楕円軌跡の長径軸はｄ軸方向となるので、静止直交座標系のα軸と長径軸との位相を演算することによりα軸を基準とする回転子位置θを推定することができる。
【０００６】
静止直交座標系上における高周波電圧Ｖｈの軌跡と、高周波電流Ｉｈの軌跡とを図３に示す。高周波電圧Ｖｈの軌跡は円形、高周波電流Ｉｈの軌跡は楕円形となる。図３において、回転子位置は、α軸に対するｄ軸の回転子位置θとして決定される。ただし、以下の説明では、ｄ軸とはロータ回転軸中心から見てＮ極磁石中心の方向を言うものとする。高周波電圧１周期の電流楕円軌跡における高周波電流Ｉｈの振幅の最大値Ｉｍａｘのα軸成分をＩｍａｘα、高周波電流の最大値Ｉｍａｘのβ軸成分をＩｍａｘβとすれば、ｔａｎθ＝Ｉｍａｘβ／Ｉｍａｘαの式が成立するから、検出したＩｍａｘα及びＩｍａｘβから回転子位置θを算出することができる。
【０００７】
ただし、電流楕円軌跡が図３のように対称形状をもつ場合には、高周波電圧の１周期において、電流楕円軌跡１周期分の長径軸方向に二つの高周波電流Ｉｈの最大振幅値（単に最大値とも言う）Ｉｍａｘ、Ｉｍａｘ’が存在する。Ｉｍａｘは長径軸方向の正側の最大値であり、Ｉｍａｘ’は負側の最大値である。つまり、高周波電流Ｉｈの最大値は電流楕円軌跡１周期分から二つ抽出される。
【０００８】
ただ、通常においては回転子位置として磁石のＮ極方向とα軸との間の角度を採用するため、電流楕円軌跡の長径軸方向Ｎ極向きの高周波電流Ｉｈの最大値Ｉｍａｘの値のみが、回転子位置θ演算のために利用される。この場合、電流楕円軌跡の長径軸方向Ｓ極向きの高周波電流の最大値Ｉｍａｘ’が、電流楕円軌跡の長径軸方向Ｎ極向きの高周波電流の最大値Ｉｍａｘよりも常に小さければ、長径軸方向Ｎ極向きの高周波電流の最大値Ｉｍａｘを弁別して回転子位置θの算出に確実に利用することができるはずである。
【０００９】
都合がよいことに、ＰＭ型同期機（磁石ロータ式同期機）では、高周波電流に対して磁気回路が磁気飽和傾向をもつ場合に、高周波電流による磁束（電流楕円軌跡磁束とも言う）の方向とロータの磁石磁束の方向とが一致する場合に、これらの方向が逆となる場合に比べて磁気飽和の影響により電機子コイルのインダクタンスが減少し、その分だけ電流楕円軌跡の長径が増加する。すなわち、図４に示すように、電流楕円軌跡は磁気飽和により長径軸方向Ｎ極向きに伸びたいびつな形となるので、電流楕円軌跡１周期分の高周波電流Ｉｈの各データからその最大値を選択すれば、長径軸方向Ｓ極向きの最大値Ｉｍａｘ’は長径軸方向Ｎ極向きの最大値Ｉｍａｘより小さいため、簡単に排除することができる。
【００１０】
上記した高周波電圧重畳方式による回転子位置θの推定や磁気飽和を利用した長径軸方向一方側（Ｎ極側）の弁別自体は既に周知事項となっているため、これ以上の説明は省略するものとする。
【特許文献１】特開平８−２０５５７８号公報
【特許文献２】特開２００４−１２９４３０号公報
【特許文献３】特開２００５−２３７１７２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
上記した従来の突極性を有する同期機の磁気飽和現象を用いた電流楕円軌跡の最大値が示す磁極位置の判定では、電流楕円軌跡の長径軸方向の二つの電流振幅の最大値の差が小さい場合に磁極判定精度が低下し、望ましくない誤判定が生じる可能性があった。この問題を解決するには、高周波電圧を増加して大きな高周波電流を通電し、一方側の磁極位置にて生じる磁気飽和を強化すればよい。しかしながら、このような高周波電流の増大は、磁気騒音の増大や電力損失の増大を招き、好ましくない。
【００１２】
本発明は上記問題点に鑑みなされたものであり、消費電力増大や磁気騒音の増大を抑止しつつ回転子位置推定精度を向上可能な突極性を有する同期機の回転角推定方法を提供することをその解決すべき課題としている。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上記課題を解決する第１、第２発明の突極性を有する同期機の回転角推定方法は、突極性を有する同期機の駆動電圧周波数よりも高い周波数及び一定の振幅を有して静止座標系上を回転する高周波電圧を前記同期機の電機子コイルに重畳する高周波電圧重畳手段と、前記高周波電圧によって前記電機子コイルに流れる高周波電流を検出する高周波電流検出手段と、検出した前記高周波電流に基づいて回転子位置を推定する回転子位置推定手段と、所定極性の磁極位置における前記高周波電流の最大振幅値と、反対極性の磁極位置における前記高周波電流の最大振幅値との比較により磁極位置を判定する磁極判定手段とを備える突極性を有する同期機の回転角推定方法に適用される。この種の装置は公知となっている。
【００１４】
第１発明では特に、高周波電圧重畳手段が、所定極性の磁極位置における高周波電流の最大振幅値と、反対極性の磁極位置における高周波電流の最大振幅値との差を演算し、前記差が所定しきい値以上となるように高周波電圧の振幅を調整することを特徴としている。このようにすれば、確実に上記振幅値の差を必要レベルに維持することができるので、磁極判定が必要な場合に常に正確な磁極判定を行うことができる。
【００１５】
好適な態様において、高周波電圧重畳手段は、この差が、所定しきい値より大きい第２の所定しきい値以下となるように高周波電圧の振幅を調整する。このようにすれば、必要以上に高周波電流を流すことがないため、磁気騒音及び消費電力の低減を図ることができる。
【００１６】
好適な態様において、高周波電圧重畳手段は、同期機の起動時に所定の調整期間だけ調整を行う。このようにすれば、過去の判定結果を利用できず磁極判定の必要度が最も重要な起動時に確実に磁極判定を行うことができる。なお、起動後は、過去の磁極判定履歴を踏襲して高周波電流の最大値の磁極位置を判定すればよい。これにより、起動時以外において、磁極判定のための高周波電流の増大を必要としないため、磁気騒音及び消費電力の低減を図ることができる。
【００１７】
好適な態様において、高周波電圧重畳手段は、同期機の運転中に所定期間毎に所定の調整期間だけ上記調整を行う。このようにすれば、モータ駆動中においても所定期間毎に磁極判定を行うことで外乱による脱調を防止することができる。
【００１８】
好適な態様において、この所定期間は、駆動電圧周波数が高い場合、又は、駆動電圧周波数の変化が大きい場合に短縮される。このようにすれば、磁極を誤判定する可能性が高い場合にのみ高頻度にて磁極判定を行うため、磁気騒音及び電力損失増大を抑止しつつ磁極判定精度を確保することができる。
【００１９】
好適な態様において、この調整期間は、高周波電圧の略２〜１０周期に設定される。このようにすれば、確実に磁極判定を行えるとともに無駄に長時間の大きな高周波電流通電を必要としないため、磁気騒音及び消費電力の低減を図ることができる。
【００２０】
好適な態様において、調整期間の開始時の高周波電圧の増加率は、調整期間の停止時の高周波電圧の減少率より大きく設定されている。立ち上げ後の１周期のデータは捨てることが可能だが立ち下げ後は捨てることができないため、緩やかに変化させることで電流の安定性を向上させて検出誤差を低減することができる。
【００２１】
好適な態様において、所定極性の磁極位置における高周波電流の最大振幅値と、反対極性の磁極位置における高周波電流の最大振幅値との差が所定しきい値未満の場合に磁極位置判定を中止し、最大振幅値の差が所定しきい値を超える場合に磁極位置判定を許可する。上記調整にもかかわらず上記差が所定値以下のときは磁極判定を中止するので、磁極判定ミスを防止することができる。
【００２２】
第２発明では特に、同期機の起動開始後の所定の磁極判定期間にのみ、高周波電圧重畳手段に高周波電圧の重畳を指令し、かつ、磁極判定手段に磁極位置判定を指令するとともに、磁極判定期間の高周波電圧の振幅値を、磁極判定期間以外の高周波電圧の振幅値よりも増加させる磁極判定用高周波電流制御手段を有することを特徴としている。
【００２３】
なお、磁極判定を行わない期間には直前の磁極判定期間にて判定した磁極判定結果を、高周波電流の最大値を検出する度に反転して磁極判定結果の今回値として用いればよい。磁極判定期間としては起動時が少なくとも好適であり、その後、所定インタバルで実施することが好適である。このようにすれば、磁極判定精度の向上と磁気騒音や電力損失の低減とを両立することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
以下、本発明の同期機の高周波数重畳式回転角検出装置の好適態様を図面を参照して説明する。ただし、本発明は下記の実施態様に限定解釈されるべきものではなく、本発明の技術思想を他の技術の組み合わせにより実施しても良いことは言うまでもない。
【００２５】
（実施形態１）
実施形態１の突極性を有する同期機の回転角推定方法を備えたモータ制御装置を図１に示すブロック回路図を参照して説明する。
【００２６】
（回路構成）
図１において、１は電流指令部、２，３は減算器、４，５はPIアンプ、６はｄｑ／３相座標変換部、７〜９は加算器、１０はＰＷＭ電圧発生回路、１１は三相インバータ、１２，１３は相電流を検出する電流センサ、Ｍは突極性を有する同期機、１４，１５はローパスフィルタ、１６は３相／ｄｑ座標変換部、１７，１８はバンドパスフィルタ、１９は３相／２相座標変換部、２０はこの実施例の要部をなす回転子位置推定部である。電流指令部１、減算器２，３、PIアンプ４，５、ｄｑ／３相座標変換部６、ＰＷＭ電圧発生回路１０、三相インバータ１１、電流センサ１２，１３、３相／ｄｑ座標変換部１６からなる電流制御部は、従来構成と同じであり、従来と同様のモータ制御動作を行う。
【００２７】
バンドパスフィルタ１７，１８、３相／２相座標変換部１９、回転子位置推定部２０は、本発明の特徴をなす高周波電圧重畳方式の回転子位置推定系を構成している。この回転子位置推定系は突極性を有する同期機１３の回転子の位置を検出する機能を果たす。簡潔に言えば、この回転子位置推定系は、突極性を有する同期機Ｍの電機子コイルに重畳すべき三相の高周波電圧指令Ｖｕｈ、Ｖｖｈ、Ｖｗｈを加算器７〜９により駆動電圧指令としての三相電圧指令Ｖｕ’、Ｖｖ’、Ｖｗ’に加算し、それにより生じた高周波電流ｉｕｈ、ｉｖｈから回転子位置θを推定する。
【００２８】
また、この実施形態では、三相電圧指令Ｖｕ’、Ｖｖ’、Ｖｗ’に重畳した高周波電圧指令Ｖｕｈ、Ｖｖｈ、Ｖｗｈにより電流センサ１２，１３の検出電流ｉｕ、ｉｖが高周波電流ｉｕｈ、ｉｖｈを含むため、これが電流制御系に流れるのを防ぐため、３相／ｄｑ座標変換部１６の手前にローパスフィルタ１４，１５を設けている。なお、このローパスフィルタ１４，１５は、３相／ｄｑ座標変換部１６の出力側に設けても良く、場合によっては省略してもよい。
【００２９】
（基本制御説明）
まず、トルク指令に基づくモータ駆動制御を説明する。ただし、この制御自体は従来と同じであるため、説明は簡単に行う。電流センサ１２，１３で検出されたU相電流ｉｕと、V相電流ｉｖからローパスフィルタ１４，１５によりその低周波成分が抽出されて３相／ｄｑ座標変換部１６に送られる。３相／ｄｑ座標変換部１６は入力信号を静止三相座標系からｄｑ軸回転直交座標系に変換し、電流ｉｑ、ｉｄを出力する。
【００３０】
電流指令部１は、外部から入力されるトルク指令及び回転子位置推定部２０から入力される回転子位置θに基づいて電流指令値id’、iq’を形成する。検出したｄ軸電流ｉｄとｑ軸電流ｉｑは減算器２，３に送られ、減算器２，３は、ｄ軸電流指令値id’からｄ軸電流ｉｄを、q軸電流指令値iq’からｑ軸電流ｉｑを減算する。
【００３１】
減算器２，３から出力される電流偏差Δｉｄ、ΔｉｑはPIアンプ４，５によりこれら電流偏差Δｉｄ、Δｉｑを０とする電圧指令Vd、VqにPI変換され、電圧指令Vd、Vqはｄｑ／３相座標変換部６にて三相電圧指令Ｖｕ’、Ｖｖ’、Ｖｗ’に座標変換された後、加算器７〜９により後述する高周波電圧指令Ｖｕｈ、Ｖｖｈ、Ｖｗｈと加算されて、最終電圧指令Ｖｕ、Ｖｖ、Ｖｗとされる。最終電圧指令Ｖｕ、Ｖｖ、Ｖｗは、ＰＷＭ電圧発生回路１０にてＰＷＭ電圧に変換されて三相インバータ１１を駆動し、これにより、三相インバータ１１から三相同期機Ｍに三相電流ｉｕ、ｉｖ、ｉｗが通電される。
【００３２】
（回転子位置推定の基本動作説明）
バンドパスフィルタ１７，１８は、相電流ｉｕ、ｉｖから、高周波電圧指令Ｖｕｈ、Ｖｖｈ、Ｖｗｈの周波数を含む狭帯域の電流成分すなわち高周波電流ｉｕｈ、ｉｖｈを抽出し、３相／２相座標変換部１９に送る。３相／２相座標変換部１９は、入力された高周波電流ｉｕｈ、ｉｖｈを２相静止直交座標系上の電流ｉα、ｉβに変換し、この電流ｉα、ｉβを回転子位置推定部２０に送る。回転子位置推定部２０は、入力された電流ｉα、ｉβから回転子位置θを推定するとともに、２相静止直交座標系上の高周波電圧指令Ｖα、Ｖβを形成し、これを２相／３相座標変換して三相の高周波電圧指令Ｖｕｈ、Ｖｖｈ、Ｖｗｈとした後、加算器７〜９に送る。なお、回転子位置推定部２０は、直接三相の高周波電圧指令Ｖｕｈ、Ｖｖｈ、Ｖｗｈを形成してもよい。
【００３３】
（回転子位置推定部２０の説明）
次に、回転子位置推定部２０の構成及びその動作を図２を参照して更に詳しく説明する。
【００３４】
回転子位置推定部２０は、駆動電圧周波数ｆを検出する駆動周波数検出部２０１、高周波電圧指令Ｖｕｈ、Ｖｖｈ、Ｖｗｈを発生する高周波電圧発生部２０２、三角波であるＰＷＭキャリヤ電圧Ｖｃを発生するキャリヤ電圧発生部２０３、バンドパスフィルタ１７，１８から出力される高周波電流ｉｕｈ、ｉｖｈを所定の電流検出期間、所定サンプリング周期にてサンプルホールドする電流サンプルホールド部２０４、直前の電流検出期間の間だけサンプルホールドされた所定個数の電流値データからその最大振幅値を検出する最大振幅演算部２０５、最大振幅演算部２０５で検出された最大振幅値に基づいて回転子位置θを推定する回転子位置演算部２０６、最大振幅演算部２０５で検出された最大振幅値がＮ極側か否かを判定する磁極判定部２０７、回転子位置θ及び磁極判定結果に基づいて回転子位置θを補正する回転子位置補正部２０８を有している。
【００３５】
（動作説明）
（回転子位置推定動作の説明）
まず、電流サンプルホールド部２０４、最大振幅演算部２０５、回転子位置演算部２０６、磁極判定部２０７及び回転子位置補正部２０８からなる回転子位置推定部による回転子位置θの推定動作を以下に説明する。
【００３６】
まず、電流サンプルホールド部２０４により高周波電流Ｉｈ（＝ｉα＋ｊｉβ）を所定のサンプリングタイミングにてサンプルホールドする。サンプリングタイミングは、ＰＷＭ電圧発生回路１０に出力されるＰＷＭキャリヤ電圧である三角波電圧の最大点と最小点とが採用される。サンプルホールドされた高周波電流Ｉｈの各データのうち直前の高周波電圧Ｖｈの半周期分の各データは、高周波電圧Ｖｈの半周期ごとに最大振幅演算部２０５に出力される。最大振幅演算部２０５は、入力された電流楕円軌跡半周期分の各データから最大のものを最大値Ｉｍａｘとして選択する。なお、各データは時刻情報を含むベクトルデータである。抽出された最大値Ｉｍａｘは回転子位置演算部２０６に入力され、回転子位置演算部２０６は最大値Ｉｍａｘをα軸成分Ｉｍａｘαとβ軸成分Ｉｍａｘβとに分割し、これらα軸成分Ｉｍａｘαとβ軸成分Ｉｍａｘβから回転子位置θを既述の式により推定する。
【００３７】
（磁極判定動作の説明）
次に、磁極判定部２０７は、今回の電流楕円軌跡半周期分の各データから抽出された最大値Ｉｍａｘが電流楕円軌跡の長径軸方向Ｎ極向きかどうかを判定する磁極判定を行う。この磁極判定には種々の方法があるが、この実施形態では、起動時又は所定タイミングにて後述する磁極判定動作を行って磁極を判定し、この判定結果を電流楕円軌跡半周期ごとに言い換えれば高周波電圧半周期ごとに反転して記憶するものとする。磁極判定部２０７が起動時又は所定タイミングにて行う磁極判定動作を以下に説明する。この動作では、直前の電流楕円軌跡半周から得た最大値Ｉｍａｘと、それより更に半周期前の電流楕円軌跡半周期から得た最大値Ｉｍａｘとを比較し、大きい方をＮ極側すなわちｄ軸位置方向とする。この磁極判定結果は回転子位置補正部２０８に出力される。
【００３８】
回転子位置補正部２０８は、回転子位置補正部２０８から入力された回転子位置θと磁極判定部２０７から入力された磁極判定結果に基づいて回転子位置θが正規のｄ軸方向（Ｎ極）の回転子位置θである場合には無補正にて、回転子位置θが反対のｄ軸方向（Ｓ極）の回転子位置θである場合には回転子位置θにπを加えて最終的な回転子位置θとし、出力する。
【００３９】
磁極判定は、その他、種々の方式が考えられる。たとえば、起動時やモータ運転中に一定インタバルで電流楕円軌跡１周期分の電流データを取得し、それから最大値Ｉｍａｘを抽出し、それにより正規の回転子位置θを求める。なお、この場合、正規のｄ軸方向において磁気飽和が生じる大きさの高周波電流Ｉｈを通電するものとする。これにより正確な磁極方向に対する回転子位置θを得ることができる。その後は、電流楕円軌跡の奇数番目の半周期に得た最大値Ｉｍａｘから演算した回転子位置θに対してはπを加算し、電流楕円軌跡の偶数番目の半周期に得た最大値から演算した回転子位置θに対してはπを加算しない。これにより電流楕円軌跡の半周期ごとに回転子位置推定を行うにもかかわらず正確に位置推定を行うことができる。上記回転子位置推定動作は、従来の電流楕円軌跡一周期分の電流データではなく、電流楕円軌跡半周期分の電流データを用いて行う点を除けば従来と同じであるため、これ以上の説明は省略する。なお、この回転子位置推定動作を行う回路はハードウエア回路により構成されてもよく、ソフトウエア演算で行っても良い。
【００４０】
（高周波電圧発生動作の説明）
次に、駆動周波数検出部２０１、高周波電圧発生部２０２及びキャリヤ電圧発生部２０３にて行われる高周波電圧Ｖｈ及びＰＷＭキャリヤ電圧の発生制御について以下に説明する。
【００４１】
駆動周波数検出部２０１は、駆動電圧からその周波数すなわち駆動周波数ｆを検出する。駆動周波数ｆは、種々の信号から検出できる。たとえばローパスフィルタ１４又は１５から出力される相電流の低域成分ｉｕｌ又はｉｖｌのゼロクロスにより抽出できる。その他、回転子位置推定部２０が出力する回転子位置θのからも抽出することができる。高周波電圧発生部２０２は、駆動周波数検出部２０１により検出された駆動周波数ｆに正相関もつ周波数ｆｈをもつ三相の高周波電圧指令Ｖｈを発生する。この高周波電圧指令Ｖｈは、Ｕ相高周波電圧指令Ｖｕｈ、Ｖ相高周波電圧指令Ｖｖｈ、Ｗ相高周波電圧指令Ｖｗｈからなる。高周波電圧指令Ｖｕｈ、Ｖｖｈ、Ｖｗｈの振幅は特別の指令が無い限り一定とされる。したがって、高周波電流Ｉｈの周波数はｆｈとなる。キャリヤ電圧発生部２０３も、駆動周波数検出部２０１により検出された駆動周波数ｆに正相関もつ周波数ｆｃをもつ三角波電圧をＰＷＭ電圧発生回路１０のキャリヤ電圧として発生する。ここで、駆動周波数ｆと高周波電圧Ｖｈの周波数ｆｈとキャリヤ電圧の周波数ｆｃとは、回転子位置推定部２０から出力される回転子位置θの誤差が所定の許容レベル以下更に好適には最小値となるように設定される。
【００４２】
（磁極判定用高周波電流制御動作の説明）
次に、磁極判定用高周波電流制御部２０９により行われる磁極判定用高周波電流制御動作を説明する。
【００４３】
この磁極判定用高周波電流制御動作は、既述した磁極判定を精度よく行うためにモータＭの磁気回路を十分に磁気飽和させると、磁気騒音が増大するという問題に着目して行われたものである。この磁気騒音は特にステータコアのティースに径方向に作用する磁気力の周期振動により生じることが判明している。といって、高周波電流Ｉｈの振幅を低減すると、図４に示す電流楕円軌跡の長径軸方向両側の高周波電流Ｉｈの最大振幅値ＩｍａｘとＩｍａｘ’との差ΔＩが小さくなり、磁極判定精度が低下してしまう。
【００４４】
この問題を改善するために、磁極判定用高周波電流制御部２０９は、主として二つの解決策を用いる。その一つは、磁極判定精度を確保できる最小レベルに差ΔＩをフィードバック制御することである。もう一つは、磁極判定動作を常時行うのではなく、特定の期間にだけ行い、かつ、この特定期間に磁極判定精度を向上するために高周波電流Ｉｈを増加させ、それ以外の期間では高周波電流Ｉｈを低減することである。
【００４５】
以下、この磁極判定用高周波電流制御部２０９の具体的な制御動作の一例を図５〜図７に示すフローチャートを参照して説明する。なお、この制御はたとえば所定の短インタバルにてたとえば割り込み処理により実施されるものとする。
【００４６】
まず、モータＭの起動指令が入力されたかどうかを調べ、起動されたら磁極判定すべきとしてステップＳ２０４に進み（ステップＳ２００）、そうでなければ磁極判定期間が到来したか否かを判定し（ステップＳ２０２）、到来したと判定したらステップＳ１０４に進み、そうでなければステップＳ２１４に進む。なお、ここで言う磁極判定期間とは、所定の磁極判定インタバルにて所定の長さの時間に設定された磁極判定のための期間を言う。
【００４７】
ステップＳ２０４では、高周波電圧発生部２０２に高周波電圧Ｖｈの重畳を指令し、磁極判定部２０７に磁極判定を指令するとともに、最大振幅演算部２０５から高周波電流Ｉｈの直前の二つの最大振幅値データである最大振幅値Ｉｍａｘ、Ｉｍａｘ’（図４参照）を読み込む。なお、この実施例では、電流楕円軌跡半周期に一度最大振幅値Ｉｍａｘ又はＩｍａｘ’を検出するため、読み込む最大振幅値ＩｍａｘとＩｍａｘ’とは、直前の半周期に得た最大振幅値と更にその半周期前の最大振幅値とにより構成される。
【００４８】
次に、読み込んだ最大振幅値ＩｍａｘとＩｍａｘ’との差ΔＩを算出し（ステップＳ２０６）、差ΔＩが所定の低しきい値Ｉｔｈ１と所定の高しきい値Ｉｔｈ２との間に存在するか否かを調べ（ステップＳ２０８）、差ΔＩが低しきい値Ｉｔｈ１以下であれば高周波電圧発生部２０２に高周波電圧Ｖｈを所定値ΔＶだけ増加することを指令し（ステップＳ２０８）、差ΔＩが高しきい値Ｉｔｈ２以上であれば高周波電圧発生部２０２に高周波電圧Ｖｈを所定値ΔＶだけ減らすことを指令する。なお、低しきい値Ｉｔｈ１は必要な磁極判定精度を確保するために最低必要な高周波電流Ｉｈの値とされ、高しきい値Ｉｔｈ２は必要な磁極判定精度を確保するために十分な高周波電流Ｉｈの値とされる。
【００４９】
次に、磁極判定期間が終了したかどうかを判定し、終了していなければ、ステップＳ２０４にリターンし、終了していたらステップＳ２１４に進む。次に、駆動電圧周波数ｆが所定しきい値より高いかどうかすなわちモータが高回転状態かどうかを判定し、そうでなければステップＳ２１６に進み、そうであればステップＳ２２０に進む。ステップＳ２１６では駆動電圧周波数ｆの変化が所定しきい値以上かどうかを調べ、そうでなければステップＳ２１８に進み、そうであればステップＳ２２０に進む。
【００５０】
ステップＳ２１８では、磁極判定インタバルを所定の長いインタバルに設定し、ステップＳ２２０では、磁極判定インタバルを所定の短いインタバルに設定する。磁極判定インタバルの一例を図８に示す。図８では、磁極判定期間以外においては、高周波電圧Ｖｈは電流楕円軌跡の最大値が判定できる程度の振幅に抑制されている。
【００５１】
磁極判定期間の開始時における高周波電圧Ｖｈの立ち上がり波形、並びに、磁極判定期間の終了時における高周波電圧Ｖｈの立ち下がり波形の好適例を図９に示す。図９では、磁極判定期間の開始に際して、高周波電圧Ｖｈの振幅を、いままでの高周波電流Ｉｈの最大振幅値判定可能レベルから磁極判定好適レベルまで高周波電圧Ｖｈの１周期の間に増加している。また、磁極判定期間の終了に際して、高周波電圧Ｖｈの振幅を、いままでの磁極判定好適レベルから高周波電流Ｉｈの最大振幅値判定可能レベルまで高周波電圧Ｖｈの３周期の間に減少している。すなわち、高周波電圧Ｖｈの増大は素早く行い、減少は緩慢に行っている。立ち上げ後の１周期のデータは捨てることが可能だが立ち下げ後は捨てることができないため、緩やかに変化させることで電流の安定性を向上させて検出誤差を低減することができる。
【００５２】
その他、磁極判定期間の終了後、次の磁極判定期間にて磁極判定を行うまで、直前の磁極判定期間で得た磁極判定データを高周波電圧Ｖｈの半周期ごとに反転して使用しても良い。
【００５３】
（変形態様）
なお、図６に示すフローチャートではステップＳ２０８とステップＳ２１０にて行う高周波電流Ｉｈのフィードバック制御と、磁極判定部２０７により行う磁極判定とを並行して行ったが、高周波電流Ｉｈの値を上記フィードバック制御により適切な値に設定した後、磁極判定部２０７により磁極判定を行うかあるいはその磁極判定結果の使用を許可するようにしてもよい。
【００５４】
（変形態様）
図７に示すフローチャートでは、モータが高回転状態又は回転数変化が大きい状態にて磁極判定頻度を２段階に変化させたが、回転数又はその変化の大きさに応じて連続的に変化させても良い。
【００５５】
（変形態様）
モータ回転数が所定しきい値以上となれば、高周波電圧Ｖｈの重畳を停止してもよい。なお、この場合の回転子位置の推定はたとえば検出した相電流の位相を用いておこなうこともできる。
【００５６】
（変形態様）
上記実施形態では、高周波電流制御部２１を図５〜図７に示すソフトウエア処理にて行ったが、ハードウエア回路により構成しても良いことは当然である。
【００５７】
（変形態様）
磁極判定を行わない期間には直前の磁極判定期間にて判定した磁極判定結果を、高周波電流の最大値を検出する度に反転して磁極判定結果の今回値として用いる代わりに、過去に行った複数回の磁極判定結果全体を調べて、第１の判定結果群とそれと反対となる第２の判定結果群とに分別し、データ数が多い判定結果群に従って次の磁極判定までの磁極方向を推定してもよい。
【００５８】
（変形態様）
図１０に示すように、図６に示すフローチャートにステップＳ２２２〜Ｓ２２６を追加することにより、最大振幅値ＩｍａｘとＩｍａｘ’の差ΔＩが低しきい値Ｉｔｈ１より小さい場合には、磁極判定部２０７による最大振幅値ＩｍａｘとＩｍａｘ’との比較による磁極判定を中止し、その代わりに直前の電流楕円軌跡半周期間における磁極方向と反対方向の磁極方向と判定する記憶型の磁極判定を行うようにしてもよい。
【００５９】
（変形態様）
上記実施形態では、電流サンプリング周期をＰＷＭキャリヤ周期の２倍としたが、電流サンプリング周期とＰＷＭキャリヤ周期とを等しくしてもよい。この場合には、ＰＷＭキャリヤ電圧Ｖｃの最大値点又は最小値点のどちらかにて電流サンプリングを行えばよい。
【００６０】
（変形態様）
上記実施形態では、高周波電圧Ｖｈの周期を電流サンプリング周期すなわちＰＷＭキャリヤ電圧の周期の偶数倍としたが、両者をずらすことも可能である。このようにすると、各電流楕円軌跡上の最大の電流サンプリング値が存在する位置が毎回ずれるため、何回かに一回は最大の電流サンプリング値として電流楕円軌跡の長径軸方向の値をサンプリングすることができる。
【００６１】
（変形態様）
上記実施形態では、電流楕円軌跡半周期分の各電流データから回転子位置推定、すなわち最大振幅値Ｉｍａｘの抽出とそれを用いた回転子位置θの演算をおこなった。しかし、直前の１周期更には３／２周期、２周期あるいはそれ以上の周期にわたって電流データをサンプリングホールドし、得た多数の電流データから最大振幅値Ｉｍａｘを抽出して回転子位置θを演算してもよい。
【００６２】
また、直前の複数の電流楕円軌跡半周期ごとに個別に得た複数の回転子位置θから今回の回転子位置θを所定の演算式にて演算してもよい。たとえば、これら各電流楕円軌跡半周期ごとに得た各回転子位置θは、ロータ角速度だけずれているはずであるが、各回転子位置θは相互に関連をもつ値となる。たとえば、定速運転では各回転子位置θ間の角度差（電流楕円軌跡半周期の間のロータ角進み量）は一定となり、増速状態では角度差は次第に増加し、減速状態では角度差は次第に減少する。したがって、直前に得た複数の回転子位置θの間の角度差の傾向を利用して回転子位置θの今回値を補正することもできる。
【００６３】
（効果）
上記した実施形態によれば、磁極判定精度の低下を防止しつつ磁気騒音及び電力損失の低減が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００６４】
【図１】実施形態１のモータ制御装置を示すブロック図である。
【図２】図１に示す回転子位置推定部を示すブロック図である。
【図３】静止直交座標系上の高周波電圧及び高周波電流のベクトル軌跡を示す図である。
【図４】磁気飽和状態における静止直交座標系上の高周波電圧及び高周波電流のベクトル軌跡を示す図である。
【図５】磁極判定用高周波電流の制御動作を示すフローチャートである。
【図６】磁極判定用高周波電流の制御動作を示すフローチャートである。
【図７】磁極判定用高周波電流の制御動作を示すフローチャートである。
【図８】磁極判定インタバルの一例を示すタイミングチャートである。
【図９】磁極判定期間における高周波電圧の波形例を示すタイミングチャートである。
【図１０】磁極判定用高周波電流の制御動作の変形態様を示すフローチャートである。
【符号の説明】
【００６５】
１は電流指令部、２，３は減算器、４，５はPIアンプ、６はｄｑ／３相座標変換部、７〜９は加算器、１０はＰＷＭ電圧発生回路、１１は三相インバータ、１２，１３は相電流を検出する電流センサ、Ｍは突極性を有する同期機、１４，１５はローパスフィルタ、１６は３相／ｄｑ座標変換部、１７，１８はバンドパスフィルタ、２０１は駆動周波数検出部、２０２は高周波電圧発生部、２０３はキャリヤ電圧発生部、２０４は電流サンプルホールド部、２０５は最大振幅演算部、２０６は回転子位置演算部、２０７は磁極判定部、２０８は回転子位置補正部、２０９は磁極判定用高周波電流制御部である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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